熱計算の方法を教えてください
Ｑ７ａ：家庭用の風呂（２００リットル、水温０℃）を２時間で４０℃に沸かすには何kWのヒーターが必要ですか？
Ａ７ａ：効率を９０％として、５kWのヒーターが必要です。
Ｑ７ｂ：石油缶一杯（１７リットル）の水温１０℃の水を３０分で８０℃にするには何kWのヒーターが必要ですか？
Ａ７ｂ：効率を９０％として、３kWのヒーターが必要です。
解説
- 阪神大震災の際、１kWの水用ヒーターの問い合わせが多く入ったことがあります。家庭のガス風呂用のガスが来ないため、いち早く復旧した電気を使って風呂を沸かそうというものでした。
- ２００リットルの浴槽の場合、水温to＝０℃として快適な温度t＝４０℃程度のお湯にするには、その差Δ＝４０℃（t－to）の温度上昇をさせる必要があります。
- ２００リットルの水では５kWのヒーターで２時間必要で、１kWだと１０時間もかかってしまいます。（以下の例１を参照）
水温が２０℃あったとしても５時間必要です。放熱も考えると、実用的ではありません。 - 用途にあったヒーターを選ぶ、これが大切なことです。
電力、形状、材質など電気ヒーターのことで迷ったらぜひ、日本ヒーターへお問い合わせください。 - 次にヒーター電力の早見表を示します。この表は１時間である温度上昇をするためのヒーター電力を示しています。
実際に表を使って上記の二つの例題を解いてみましょう。
ここでは計算式を使わず、数表を用いています。
熱計算の詳細については、設計資料の熱計算のページをご覧ください。
例１：Ｑ７a ２００リットルのお風呂の問題
- 加熱する水の量２００Ｌ（リットル）の列と、温度上昇Δｔ＝４０℃の行が交わるところをみます。ヒーター電力は10.0kW必要であることがわかります。
- ２時間では半分の５kWが必要です。
例２：Ｑ７b 石油缶１７リットルの水の問題
- 加熱する水の量１７Ｌ（リットル）の列と、上昇温度差Δｔ＝t－to＝80-10＝70℃の行が交わるところから、ヒーター電力は1.5kW必要です。
但し、これは一時間での加熱を計算しています。 - ３０分ですからこの２倍の電力が必要となり、３kWのヒーターが必要です。
水加熱におけるヒーターの必要電力早見表
| Δt | 加熱する水の量[L]（リットル） | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5L | 10L | 17L | 20L | 30L | 40L | 50L | 100L | 150L | 200L | 500L | |
| ℃ | 必要なヒーター電力(効率は９０％として計算） | ||||||||||
| 5 | 35W | 70W | 110W | 130W | 190W | 250W | 320W | 640W | 950W | 1.3kW | 3.2kW |
| 10 | 64W | 130W | 220W | 250W | 380W | 500W | 640W | 1.3kW | 1.9kW | 2.5kW | 6.4kW |
| 15 | 95W | 200W | 330W | 380W | 570W | 760W | 950W | 2.0kW | 2.9kW | 3.8kW | 9.5kW |
| 20 | 130W | 250W | 430W | 500W | 760W | 1.0kW | 1.3kW | 2.5kW | 3.8kW | 5.0kW | 13kW |
| 25 | 160W | 320W | 540W | 640W | 950W | 1.0kW | 1.6kW | 3.2kW | 4.8kW | 6.4kW | 16kW |
| 30 | 190W | 380W | 650W | 760W | 1.2kW | 1.3kW | 1.9kW | 3.8kW | 5.7kW | 7.6kW | 19kW |
| 35 | 220W | 450W | 750W | 900W | 1.4kW | 1.5kW | 2.3kW | 4.5kW | 6.7kW | 9.0kW | 22kW |
| 40 | 260W | 500W | 870W | 1.0kW | 1.5kW | 1.8kW | 2.6kW | 5.0kW | 7.6kW | 10kW | 25kW |
| 45 | 300W | 570W | 970W | 1.2kW | 1.7kW | 2.0kW | 2.9kW | 5.7kW | 8.6kW | 12kW | 29kW |
| 50 | 320W | 640W | 1.1kW | 1.3kW | 1.9kW | 2.3kW | 3.2kW | 6.4kW | 9.5kW | 13kW | 32kW |
| 55 | 350W | 700W | 1.2kW | 1.4kW | 2.1kW | 2.5kW | 3.5kW | 7.0kW | 10.5kW | 14kW | 35kW |
| 60 | 380W | 760W | 1.3kW | 1.5kW | 2.3kW | 2.8kW | 3.8kW | 7.6kW | 11kW | 15kW | 38kW |
| 65 | 410W | 830W | 1.4kW | 1.7kW | 2.5kW | 3.0kW | 4.2kW | 8.3kW | 12kW | 17kW | 41kW |
| 70 | 450W | 890W | 1.5kW | 1.8kW | 2.7kW | 3.3kW | 4.5kW | 8.9kW | 13kW | 18kW | 45kW |
| 75 | 480W | 950W | 1.6kW | 1.9kW | 2.9kW | 3.8kW | 4.8kW | 9.5kW | 14kW | 19kW | 48kW |
| 80 | 500W | 1.0kW | 1.7kW | 2.0kW | 3.0kW | 4.0kW | 5.0kW | 10kW | 15kW | 20kW | 50kW |
| 85 | 540W | 1.1kW | 1.8kW | 2.2kW | 3.2kW | 4.3kW | 5.4kW | 11kW | 16kW | 22kW | 54kW |
| 90 | 570W | 1.2kW | 1.9kW | 2.3kW | 3.4kW | 4.6kW | 5.8kW | 12kW | 17kW | 23kW | 57kW |
温度差Δt＝t－to
注意
ヒーターの電力は、放熱を考慮しないと所定の温度まであがらない、といった事態に陥ります。下記の三項目を検討の上、その合計からヒーターの電力を決定します。
- 加熱物（例えば水）自体の熱容量
- ケーシングや水面からの放熱量
- その他に考えられる放熱量
- 保温断熱をしていない
- フタをしていない（風呂など）
- 室温が変化する
- 屋外に設置する
- 加熱物の流速
- ケーシングの底部が直接コンクリート床に面接触している（設置条件）
- 屋外で風が強い
場合によっては大幅に放熱分などを補うことが必要な場合もあります。
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